đồ án thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập

41 5 0
  • Loading ...
1/41 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 17/04/2018, 20:43

Đồ Án Môn Học: Hệ Thống Điều Khiển Trường ĐHSP Kỹ Thuật Vinh LỜI MỞ ĐẦU Ngày với phát triển khoa học kĩ thuật nhanh vụ bão tự động hóa lĩnh vực cần thiết sống cơng nghiệp Bất kì vị trí nào, làm cơng việc tiếp cận với điều khiển Nó khâu quan trọng định thành bại hoạt động Hiện nay, dòng điện xoay chiều sử dụng rộng rãi động điện chiều tồn Trong công nghiệp, động điện chiều sử dụng nơi yêu cầu mở máy lớn yêu cầu cao điều chỉnh tốc độ phẳng phạm vi rộng Vì động điện chiều đặc tính làm việc tốt mặt điều chỉnh tốc độ(phạm vi điều chỉnh rộng, chí từ tốc độ 0) đặc biệt khả tải Động điện chiều phân loại theo cách kích thích từ, thành độngcơ điện kích từ độc lập, kích từ song song, kích từ nối tiếp, kích từ hỗn hợp Trên thực tế, đặc tính động điện kích từ độc lập động điện kích từ song song giống nhau, cần công suất lớn người ta thường dùng động điện kích từ độc lập để điều chỉnh dòng điện kích thích thuận lợi kinh tế Và hôm nay,em giao đồ án:”Thiết kế điều khiển PID cho động điện chiều kích từ độc lập” Đồ án gồm phần Phần I: Tổng quan đối tượng điều khiển động điện chiều Phần II: Mơ tả tốn hoc cho đối tượng điều khiển Phần III: Tổng hợp điều khiển cho đối tượng điều khiển Phần IV: Mô hệ thống điều khiển phần mềm matlab-simulink Nội dung đồ án chắn nhiều thiếu sót cần bổ sung hồn thiện Em mong đóng góp ý kiến thầy môn để đồ án em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn giáo Nguyễn Thị Ngọc Xuân cung tồn thể thầy mơn tận tình hướng dẫn để em hồn thành đồ án em xin chân thành cảm ơn! SV : Nguyễn Minh Tiến Lớp : ĐHK10-ĐK&TĐH GVHD: Nguyễn Thị Ngọc Xuân Đồ Án Môn Học: Hệ Thống Điều Khiển Trường ĐHSP Kỹ Thuật Vinh Nhận xét giáo viên hướng dẫn: TP Vinh, ngày … tháng … năm 2015 Giảng viên hướng dẫn (ký ghi rõ họ tên) SV : Nguyễn Minh Tiến Lớp : ĐHK10-ĐK&TĐH GVHD: Nguyễn Thị Ngọc Xuân Đồ Án Môn Học: Hệ Thống Điều Khiển Trường ĐHSP Kỹ Thuật Vinh Nhận xét giáo viên phản biện TP Vinh, ngày … tháng … năm 2015 Giảng viên Phản biện (ký ghi rõ họ tên) SV : Nguyễn Minh Tiến Lớp : ĐHK10-ĐK&TĐH GVHD: Nguyễn Thị Ngọc Xuân Đồ Án Môn Học: Hệ Thống Điều Khiển Trường ĐHSP Kỹ Thuật Vinh MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU PHẦN I TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU Động điện chiều 1.1 Cấu tạo phân loại 1.1.1 Cấu tạo 1.1.2 Phân loại 1.2 Nguyên lý hoạt đông đông điện chiều 1.3 Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập 10 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều 12 2.1 Điều khiển tốc độ động cách thay đổi giá trị điện trở mạch phần ứng 13 2.2 Điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi từ thông cuộn dây kích từ 14 2.3 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi giá trị điện áp phần ứng 15 PHẦN II 17 MƠ TẢ TỐN HỌC CHO ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN 17 Mơ hình tốn học hệ thống điều khiển tự động 17 1.1 Mô tả hệ điều khiển tự động phương trình vi phân 17 1.2 Mô tả hệ điều khiển tự động hàm truyền đạt 18 1.2.1 Khái niệm 18 1.2.2 Phép biến đổi laplace 19 1.3 Mô tả hệ điều khiển tự động hệ phương trình trạng thái 20 1.3.1 Khái niệm hệ phương trình trạng thái 20 1.3.2 Phương pháp xây dựng hệ phương trình trạng thái 21 Mơ tả tốn học động điện chiều kích từ độc lập phương pháp lý thuyết 22 2.1 Mô tả động điện chiều phương trình vi phân 22 2.2 Mơ hình tốn học động điện chiều miền ảnh Laplace 23 PHẦN III 26 TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO ĐỐI TƯỢNG 26 Bộ điều khiển PID 26 1.1 Khâu tỷ lệ P 26 1.2 Khâu tích phân I 26 SV : Nguyễn Minh Tiến Lớp : ĐHK10-ĐK&TĐH GVHD: Nguyễn Thị Ngọc Xuân Đồ Án Môn Học: Hệ Thống Điều Khiển Trường ĐHSP Kỹ Thuật Vinh 1.3 Khâu vi phân D 26 1.4 Luật điều khiển PID 27 Các phương pháp thiết kế điều khiển PID 28 2.1 Phương pháp tối ưu modul 28 2.1.1 Đối với đối tượng điều khiển khâu quán tính bậc 28 2.1.2 Đối với đối tượng khâu bậc hai 29 2.1.3 Đối tượng điều khiển bậc ba 29 2.2 Phương pháp tối ưu đối xứng 30 2.2.1 Đối với đối tượng điều khiển khâu tích phân quán tính bậc 30 2.2.2 Đối với đối tượng điều khiển khâu tích phân quán tính bậc hai 30 Thiết kế điều khiển 31 3.1 Thiết kế vòng trong(thiết kế điều khiển ) 31 3.2 Thiết kế vòng ngồi(thiết kế điều khiển ) 32 PHẦN IV 34 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN 34 PHẦN MỀM MATLAB-SIMULINK 34 Giới thiệu chung phần mềm matlab-simulink: 34 Mô động chưa điều chỉnh: 34 Mơ tổng hợp mạch vòng điều khiển dòng điện: 35 Mơ tổng hợp mạch vòng điều khiển tốc độ: 36 SV : Nguyễn Minh Tiến Lớp : ĐHK10-ĐK&TĐH GVHD: Nguyễn Thị Ngọc Xuân Đồ Án Môn Học: Hệ Thống Điều Khiển Trường ĐHSP Kỹ Thuật Vinh PHẦN I TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU Động điện chiều 1.1 Cấu tạo phân loại 1.1.1 Cấu tạo Hình 2.1: Cấu tạo động điện chiều Động điện chiều phân thành hai phần chính: Phần tĩnh Phần động a) Phần tĩnh hay stato hay gọi phần kích từ động cơ, phận sinh từ trường Bao gồm phận sau +) Mạch từ dây kích từ lồng ngồi mạch từ ( động kích từ nam châm điện), mạch từ làm sắt từ (thép đúc, thép đặc) Dây quấn kích thích hay gọi dây quấn kích từ làm dây điện từ, cuộn dây điện từ mắc nối tiếp +) Cực từ Là phận sinh từ trường gồm lõi sắt cực từ dây quấn kích từ lòng ngồi lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5÷1mm ép lại tán chặt Trong động điện nhỏ dùng thép khối, cực từ gắn chặt vào vỏ máy nhờ bulơng Dây quấn kích từ quấn dây đồng bọc cách điện cuộn dây bọc cách điện kỹ thành SV : Nguyễn Minh Tiến Lớp : ĐHK10-ĐK&TĐH GVHD: Nguyễn Thị Ngọc Xuân Đồ Án Môn Học: Hệ Thống Điều Khiển Trường ĐHSP Kỹ Thuật Vinh khối , tẩm sơn cách điện trước đặt cực từ Các cuộn dây kích từ đặt cực từ nối tiếp với +) Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền cực từ, đồng thời làm vỏ máy Trong động điện nhỏ vừa thường dùng thép dày uốn hàn lại , máy điện lớn thường dùng thép đúc động nhỏ dùng gang làm vỏ máy +) Các phận khác Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi vật rơi vào làm hư hỏng dây quấn an toàn cho người tránh chạm vào điện Trong máy điện nhỏ vừa nắp máy tác dụng làm giá đỡ ổ bi, trường hợp nắp máy thường làm gang cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ngồi cấu chổi than bao gồm chổi than đặt hộp chổi than nhờ lò xo tì chặt lên cổ góp Hộp chổi than cố định giá chổi than cách điện với giá, giá chổi than quay để điều chỉnh vị trí chổi than cho chỗ, sau điều chỉnh xong dùng vít cố định lại b) Phần quay hay rôto Bao gồm phận sau +) Phần sinh sức điện động gồm có: Mạch từ làm vật liệu sắt từ (lá thép kỹ thuật) xếp lại với Trên mạch từ rãnh để lồng dây quấn phần ứng Cuộn dây phần ứng Gồm nhiều bối dây nối với theo quy luật định, bối dây gồm nhiều vòng dây đầu dây bối dây nối với phiến đồng gọi phiến góp, phiến góp ghép cách điện với cách điện với trục gọi cổ góp hay vành góp Tỳ cổ góp cặp chổi than làm graphit ghép sát vào thành cổ góp nhờ lò xo +) Lõi sắt phần ứng Dùng để dẫn từ, thường dùng thép kỹ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng hai mặt ép chặt lại để giảm tổn hao dòng điện xốy gây nên Trên thép dập hình dạng rãnh để sau ép lại thành lõi sắt tạo lỗ thơng gió dọc trục Trong động điện lớn lõi sắt thường chia thành đoạn nhỏ, đoạn để khe hở gọi khe hở thơng gió Khi máy làm việc gió thổi qua khe hở làm nguội dây quấn lõi sắt Trong động điện chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng ép trực tiếp vào trục Trong động điện lớn, trục lõi sắt đặt giá rơto, dùng giá rơto tiết kiệm thép kỹ thuật điện giảm nhẹ trọng lượng rôto +) Dây quấn phần ứng Dây quấn phần ứng phần phát sinh suất điện động dòng điện chạy qua, dây quấn phần ứng thường không làm dây đồng bọc cách SV : Nguyễn Minh Tiến Lớp : ĐHK10-ĐK&TĐH GVHD: Nguyễn Thị Ngọc Xuân Đồ Án Môn Học: Hệ Thống Điều Khiển Trường ĐHSP Kỹ Thuật Vinh điện Trong máy điện nhỏ cơng suất vài KW thường dùng dây tiết diện tròn Trong máy điện vừa lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật, dây quấn cách điện cẩn thận với rãnh lõi thép Để tránh quay bị văng lực li tâm, miệng rãnh dùng niêm để đè chặt đai chặt dây quấn, niêm làm tre, gỗ hay bakelit +) Cổ góp Cổ góp gồm nhiều phiến đồng mạ cách điện với lớp mica dày từ 0,4÷1,2mm hợp thành hình trục tròn Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp chữ nhật V ép chặt lại Giữa vành ốp trụ tròn cách điện mica Đi vành góp cao lên tí để hàn đầu dây phần tử dây quấn phiến góp dễ dàng 1.1.2 Phân loại Khi xem xét động điện chiều máy phát điện chiều ta phân loại theo cách kích thích từ động Từ bốn loại động điện chiều thường sử dụng là: +) Động điện chiều kích từ độc lập: Phần ứng phần kích từ cung cấp từ hai nguồn riêng rẽ +) Động điện chiều kích từ song song: Cuộn dây kích từ mắc song song với phần ứng +) Động điện chiều kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ mắc nối tếp với phần ứng +) Động điện chiều kích từ hỗn hợp: Gồm cuộn dây kích từ, cuộn mắc song song với phần ứng cuộn mắc nối tiếp với phần ứng 1.2 Nguyên lý hoạt đông đông điện chiều Từ trường động tạo nhờ cuộn dây dòng điện chiều chạy qua Các cuộn dây gọi cuộn cảm (hay cuộn kích từ ) quấn quanh cực từ Trên hình vẽ động điện chiều, stator động dặt cuộn cảm nên stator gọi phần cảm Từ trường cuộn cảm tạo tác dụng lực vào dây dẫn rotor đặt rãnh rotor dòng điện qua Cuộn dây gọi cuộn ứng Dòng điện đưa vào cuộn ứng qua chổi than cổ góp Rotor mang cuộn ứng nên gọi phần ứng động SV : Nguyễn Minh Tiến Lớp : ĐHK10-ĐK&TĐH GVHD: Nguyễn Thị Ngọc Xuân Đồ Án Môn Học: Hệ Thống Điều Khiển Trường ĐHSP Kỹ Thuật Vinh - Trong hình vẽ dây dẫn cuộn ứng nửa rotor cos dòng điện hướng vào, dây dẫn nửa rotor dòng điện hướng khỏi hình vẽ Từ lực F tác dụng vào dây dẫn rotor chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái tạo mômen làm quay rotor ngược chiều kim đồng hồ, động cực từ hay đơi cực ( cặp cực, P=1) - Trong thời gian động làm việc, cuộn cảm tạo từ trường d dọc trục cực từ phân bố đối xứng với cực từ Mặt phẳng OO đặt chổi than, vừa mặt phẳng chung tính vật lý Đồng thời dòng điện cuộn ứng tạo từ trường riêng n hướng ngang trục cực từ Từ trường tổng cộng động tính chất đối xứng dọc trục (hình c) mặt phẳng trung tính vật lý quay góc ( ược chiều quay rotor) so với mặt phẳng trung tính hình học - Khi mà dòng điện trung tính mạnh n mạnh góc quay β lớn Khi ta nói phản ứng phần ứng mạnh - Phản ứng phần ứng nguyên nhân gây tia lửa điện chổi than cổ góp góp cốp góp Chúng ta hạn chế ảnh hưởng nhờ xoay chổi than theo vị trí mặt phẳng trung tính vật lý (tức theo góc SV : Nguyễn Minh Tiến Lớp : ĐHK10-ĐK&TĐH GVHD: Nguyễn Thị Ngọc Xuân Đồ Án Môn Học: Hệ Thống Điều Khiển Trường ĐHSP Kỹ Thuật Vinh β) Thông thường động điện chiều nay, người ta thường thêm cực từ phụ - Cực từ phụ đặt giưa cực từ cuộn dây cực từ phụ tạo từ trường ngang trục so với từ trường ngược chiều với từ trường Фn cuộn ứng để khử từ trường Фn Nhờ phản ứng phần ứng bị hạn chế trình chuyển mạch động tốt - Bởi từ trường Фn gây phản ứng phần ứng tỷ lệ với dòng điện phần ứng Iu nên cuộn dây cực từ phụ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng Do dòng điện phần ứng tăng lên cuộn dây cực phụ sinh từ trường ngược mạnh để khử từ trường Фn - Ngồi ra, biện pháp tăng khe hở khơng khí stator rotor áp dụng Cách dẫn đến tăng kích thước động phải tăng cường thêm cuộn kích từ khe hở khơng khí lớn làm yếu từ trường - Còn loại động điện chiều cơng suất trung bình lớn biện pháp thêm cuộn dây bù đặt rãnh cực từ ( hình vẽ) nhằm tạo từ thông Фb ngược chiều với Фn làm từ thơng khe hở khơng khí khơng bị méo cuộn bù mắc nối tiếp với cuộn ứng - Đây nguyên lý làm việc động điện chiều 1.3 Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Khi nguồn chiều cơng suất khơng đủ lớn mạch điện phần ứng mạch điện kích từ mắc vào hai nguồn độc lập Lúc động gọi động điện chiều kích từ độc lập SV : Nguyễn Minh Tiến Lớp : ĐHK10-ĐK&TĐH GVHD: Nguyễn Thị Ngọc Xuân 10 Đồ Án Môn Học: Hệ Thống Điều Khiển Hằng số thời gian quán tính điện từ = = Ta có: kФ = Trường ĐHSP Kỹ Thuật Vinh : = 0,071 (s) = = 1,326 Vậy ta đồ mạch vòng mơ tả động điện chiều sau: (p) 1,326 1,326 SV : Nguyễn Minh Tiến Lớp : ĐHK10-ĐK&TĐH GVHD: Nguyễn Thị Ngọc Xuân 25 Đồ Án Môn Học: Hệ Thống Điều Khiển Trường ĐHSP Kỹ Thuật Vinh PHẦN III TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO ĐỐI TƯỢNG Bộ điều khiển PID 1.1 Khâu tỷ lệ P Khâu P tạo tín hiệu điều khiển tỉ lệ với giá trị sai lệch Việc thực cách nhân sai lệch e(t) với số KP – gọi số tỉ lệ e(t) u(t) = u(t) e(t) G(p) = = Nếu khâu P trường hợp sai số tĩnh xuất hiện, trừ giá trị đầu vào hệ thống với giá trị mong muốn Nếu giá trị khâu P lớn làm cho hệ thống ổn định 1.2 Khâu tích phân I Khâu I cộng thêm tổng sai số trước vào giá trị điều khiển Việc tính tổng sai số thực liên tục giá trị đạt với giá trị đặt, kết hệ cân sai số Khâu I tính theo cơng thức: u(t) = G(p) = Với = số thời gian tích phân Khâu I thường kèm với khâu P, hợp thành điều khiển PI Nếu sử dụng khâu I đáp ứng hệ thống triệt tiêu sai lệch tĩnh( ) bị chậm thường bị dao động 1.3 Khâu vi phân D Khâu D cộng thêm tốc độ thay đổi sai số vào giá trị điều khiển ngõ Nếu sai số thay đổi nhanh tạo thành phần cộng thêm vào giá trị điều khiển Điều cải thiện đáp ứng hệ thống, giúp trạng thái hệ thống thay đổi nhanh chóng mau chóng đạt giá trị mong muốn Khâu D tính theo cơng thức: u(t) = G(p) = = p SV : Nguyễn Minh Tiến Lớp : ĐHK10-ĐK&TĐH GVHD: Nguyễn Thị Ngọc Xuân 26 Đồ Án Môn Học: Hệ Thống Điều Khiển Với Trường ĐHSP Kỹ Thuật Vinh số thời gian vi phân Khâu D thường kèm với khâu P thành PD, với PI để thành PID Nếu giá trị D lớn làm cho hệ thống không ổn định 1.4 Luật điều khiển PID e(t) u(t) Khâu tỉ lệ, tích phân, vi phân cộng lại với để tính tốn đầu điều khiển PID Định nghĩa u(t) đầu điều khiển, biểu thức cuối thuật toán PID sau: u(t) = [e(t) + + ] Chuyển sang miền ảnh Laplace: G(p) = = (1 + + ) thơng số điều chỉnh là: +) Độ lợi tỉ lệ: Nếu sai lệch tĩnh e(t) lớn thơng qua thành phần tỉ lệ, tín hiệu điều chỉnh u(t) lớn +) Độ lợi tích phân: Nếu sai lệch tĩnh e(t) chưa thơng qua thành phần tích phân,PID tạo tín hiệu điều chỉnh +) Độ lợi vi phân: Nếu thay đổi sai lệch tĩnh e(t) lớn thơng qua thành phần vi phân, phản ứng thích hợp u(t) nhanh => Tóm Lại: Thuật tốn PID mở rộng thuật toán PI thêm thành phần vi phân nhằm cải thiện đặc tính động học hệ thống Thành phần vi phân tỷ lệ với thay đổi sai lệch điều khiển quan sát e(t) Bản chất tác động vi phân đoán trước chiều hướng tốc độ thay đổi biến điều khiển đưa đáp ứng thích hợp Do vậy, thành phần vi phân làm tăng tốc đáp ứng hệ kín với thay đổi giá trị đặt tác động nhiễu tải Tuy nhiên, khả đáp ứng nhanh nên tác động vi phân nhạy cảm với nhiễu đo Thành phân tích phân ảnh hưởng phạm vi tần số thấp hay nói cách khác chiếm ưu hệ thống trạng thái xác SV : Nguyễn Minh Tiến Lớp : ĐHK10-ĐK&TĐH GVHD: Nguyễn Thị Ngọc Xuân 27 Đồ Án Môn Học: Hệ Thống Điều Khiển Trường ĐHSP Kỹ Thuật Vinh lập Thành phần vi phân lại tác động chủ yếu tần số cao tức ảnh hưởng tới trình độ Các phương pháp thiết kế điều khiển PID 2.1 Phương pháp tối ưu modul Phương pháp tối ưu modun phương pháp lựa chọn tham số điều khiển PID cho đối tượng đáp ứng với tín hiệu vào hàm nấc dạng hình chữ S Xét hệ thống điều khiển kín hình 3.1 điều khiển R(p) điều khiển cho đối tượng S(p) w e R(p) u S(p) y - Hình 3.1: sơ đồ khối hệ thống điều khiển kín Phương pháp tối ưu modul áp dụng để chọn tham số điều khiển PID điều khiển đối tượng S(p) chất qn tính 2.1.1 Đối với đối tượng điều khiển khâu quán tính bậc S(p) = Phương pháp tối ưu modul đưa điều khiển khâu tích phân: R(p) = Hàm truyền đạt hệ kín: G(p) = Với TR = *) Trường hợp đối tượng điều khiển dạng: S(p) = Với T1, T2, , Tn nhỏ, dùng phương pháp tổng số thời gian nhỏ để chuyển mơ hình dạng xấp xỉ khâu qn tính bậc Bộ điều khiển tối ưu modul khâu tích phân với tham sơ: SV : Nguyễn Minh Tiến Lớp : ĐHK10-ĐK&TĐH GVHD: Nguyễn Thị Ngọc Xuân 28 Đồ Án Môn Học: Hệ Thống Điều Khiển Trường ĐHSP Kỹ Thuật Vinh 2.1.2 Đối với đối tượng khâu bậc hai S(p) = Bộ điều khiển tối ưu modul điều khiển PI: R(p) = Với tham số *) Trường hợp đối tượng điều khiển dạng: S(p) = Với T2, T3, , Tn nhỏ so với T1, dùng phương pháp tổng hợp hằn số thời gian nhỏ để chuyển mơ hình dạng xấp xỉ: Bộ điều khiển tối ưu modul điều khiển PI tham số: - TI = T1 - kp = 2.1.3 Đối tượng điều khiển bậc ba S(p) = Bộ điều khiển tối ưu modul điều khiển PID: R(p) = Với tham số: - TI = T1 + T2 - TD = - kp *) Trường hợp đối tượng điều khiển dạng: S(p) = Với T3,T4 , Tn nhỏ so với T1 T2, dùng phương pháp tổng hợp số trung gian nhỏ để chuyển mơ hình dạn xấp xỉ: S(p) = Trong T= Bộ điều khiển tối ưu modul điều khiển PID cho tham số: SV : Nguyễn Minh Tiến Lớp : ĐHK10-ĐK&TĐH GVHD: Nguyễn Thị Ngọc Xuân 29 Đồ Án Môn Học: Hệ Thống Điều Khiển - TI = T1 + T2 - TD= - kp Trường ĐHSP Kỹ Thuật Vinh 2.2 Phương pháp tối ưu đối xứng Việc thiết kế điều khiển PID theo phương pháp tối ưu modul nhược điểm đối tượng S(p) phải ổn định, hàm độ h(t) phải từ dạng hình chữ S Trong trường hợp đối tượng khơng ổn định ta chọn tham số PID theo nguyên tắc tối ưu đối xứng 2.2.1 Đối với đối tượng điều khiển khâu tích phân quán tính bậc Hàm truyền đạt đối tượng: S(p) = Bộ điều khiển tối ưu đối xứng điều khiên PI: R(p) = Bộ PI tham số xác định sau: - xác định a từ độ điều chỉnh ∆h cần hệ kín theo: - ∆h = exp => a = Hoặc a tự chọn với a >1 từ yêu cầu chất lượng đề Giá trị a chọn lớn, độ điều chỉnh nhỏ Nếu a ≤ 1, hệ kín khơng ổn định - Tính TI: TI = a - Tính kp: kp = 2.2.2 Đối với đối tượng điều khiển khâu tích phân quán tính bậc hai Hàm truyền đạt đối tượng: S(p) = Bộ điều khiển tối ưu đối xứng điều khiển PID: R(p) = Với: - TA+ TB = TI - TATB = TITD TA = T1 Các tham số tối ưu đối xứng điều khiển PID chọn sau: - Chọn TA = T1 SV : Nguyễn Minh Tiến Lớp : ĐHK10-ĐK&TĐH GVHD: Nguyễn Thị Ngọc Xuân 30 Đồ Án Môn Học: Hệ Thống Điều Khiển - Trường ĐHSP Kỹ Thuật Vinh Xác định 4>a>1 từ độ điều chỉnh cần hệ kín, chọn a>1 từ yêu cầu chất lượn đề Giá trị a chọn lớn, độ q điều chỉnh nhỏ Để hệ kín khơng dao động, chọn a≥4 Hệ kín khơng ổn định với a≤1 Tính TB = aT2 Từ suy TA+ TB = TI TD = - = Tính suy kp = Thiết kế điều khiển Thiết kế hệ thống điều khiển tầng: - vòng trong:bộ điều khiển dòng - vòng ngồi:bộ điều khiền tốc Với sơ đồ khối hệ thống: E Mc (p) - K - 3.1 Thiết kế vòng trong(thiết kế điều khiển ) Chức mạch vòng dòng điện hệ thống truyền động điện chiều xoay chiều trực tiếp gián tiếp xác đinh mơmen kéo động ngồi chức bảo vệ điều chỉnh gia tốc Ta xem suất điện động E nhiễu nên ta bỏ qua nhiễu E Sơ đồ khối: (p) - Ta hàm truyền đối tượng là: = = Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu modul sử dụng điều chỉnh dòng điện dạng khâu tích phân: SV : Nguyễn Minh Tiến Lớp : ĐHK10-ĐK&TĐH GVHD: Nguyễn Thị Ngọc Xuân 31 Đồ Án Môn Học: Hệ Thống Điều Khiển Trường ĐHSP Kỹ Thuật Vinh = Cuối hàm truyền mạch vòng Với Xét tần số thấp mà p = j => nhỏ nên ta bỏ qua thành phần bậc cao Suy ta hàm truyền mạch vòng điều khiển dòng điện là: 3.2 Thiết kế vòng ngồi(thiết kế điều khiển ) - Hệ thống điều chỉnh tốc độ hệ thống mà đại lượng điều chỉnh tốc độ góc động điện, thường gặp thực tế kỹ thuật Hệ thống điều chỉnh tốc độ hình thành từ hệ thống điều chỉnh dòng điện Các hệ thống đảo chiều không đảo chiều Do yêu cầu công nghệ mà hệ cần đạt vô sai cấp vô sai cấp Nhiễu điều chỉnh hệ mômen tải Mc - Tùy theo yêu cầu công nghệ mà điều chỉnh tốc độ R ω tổng hợp theo tín hiệu điều khiển theo nhiễu tải M c Ở ta bỏ qua nhiễu suất điện động E nhiễu tải Mc Ta đồ khối điều chỉnh tốc độ: (p) - K - Ta hàm truyền hệ là: Ta đồ rút gọn: SV : Nguyễn Minh Tiến Lớp : ĐHK10-ĐK&TĐH GVHD: Nguyễn Thị Ngọc Xuân 32 Đồ Án Môn Học: Hệ Thống Điều Khiển Trường ĐHSP Kỹ Thuật Vinh (P) - Với mạch vòng điều chỉnh tốc độ hàm truyền điều chỉnh dạng la khâu tích phân qn tính bậc ta sử dụng phương pháp tối ưu đối xứng để tổng hợp điều chỉnh PI: = Với hàm chuẩn tối ưu đối xứng ta chọn tham số điều chỉnh với a = 4: = 0,567 = => = 1,49 = SV : Nguyễn Minh Tiến Lớp : ĐHK10-ĐK&TĐH GVHD: Nguyễn Thị Ngọc Xuân 33 Đồ Án Môn Học: Hệ Thống Điều Khiển Trường ĐHSP Kỹ Thuật Vinh PHẦN IV MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN PHẦN MỀM MATLAB-SIMULINK Giới thiệu chung phần mềm matlab-simulink: Matlab phần mềm toán học hãng Mathworks để tính tốn số tính trực quan cao Matlab viết tắt matrix laboratory,matlab làm việc chủ yếu với ma trận Ma trận cỡ m n bảng số chữ nhật gồm m n số xếp thành m hàng n cột Trường hợp m=1 n=1 ma trận trở thành vecto dòng cột;trường hợp m=n=1 ma trận trở thành đại lượng vơ hướng Nói chung matlab làm việc với nhiều kiểu liệu khác Với xâu chữ(chuỗi kí tự) matlab xem dãy ký tự dãy mã số ký tự Matab dùng để giải tốn giải tích số,xử lý tín hiệu số,xử lý đồ họa mà khơng phải lập trình cổ điển Hiện nay, matlab đến hàng ngàn câu lệnh hàm tiện ích Ngồi hàm cài sẵn ngơn ngữ, matlab lệnh hàm ứng dụng chuyên biệt phần mềm mở rộng la simulink Simulink dùng để mơ hình hố, mơ phân tích hệ thống động Thơng thường dùng để thiết kế hệ thống điều khiển, thiết kế DSP, hệ thống thông tin ứng dụng mô khác Simulink thuật ngữ mô dễ nhớ ghép hai từ Simulation Link Simulink cho phép mô tả hệ thống tuyến tính,hệ phi tuyến, mơ hình miền thời gian liên tục, hay gián đoạn hệ gồm liên tục gián đoạn Điểm nhấn mạnh quan trọng việc mô trình việc thành lập mơ hình Để sử dụng tốt chương trình này, người sử dụng phải kiến thức điều khiển, xây dựng mô hình tốn học theo quan điểm lý thuyết điều khiển từ thành lập nên mơ hình tốn Mơ động chưa điều chỉnh: Sơ đồ khối mô phỏng: SV : Nguyễn Minh Tiến Lớp : ĐHK10-ĐK&TĐH GVHD: Nguyễn Thị Ngọc Xuân 34 Đồ Án Môn Học: Hệ Thống Điều Khiển Trường ĐHSP Kỹ Thuật Vinh Đưa kết quả: Nhận xét:khi động bắt đầu khởi động tốc độ động dần tăng lên đạt giá trị cực đại 1345v/ph sau 0,235s giảm xuống vào ổn định với tốc độ 1131v/ph sau 0,7s Tuy động ổn định chưa đạt tới giá trị đặt động 1500v/ph Do ta phải thiết kế điều chỉnh Mơ tổng hợp mạch vòng điều khiển dòng điện: Sơ đồ khối điều khiển dòng điện: (p) - Sơ đồ khối mơ phỏng: SV : Nguyễn Minh Tiến Lớp : ĐHK10-ĐK&TĐH GVHD: Nguyễn Thị Ngọc Xuân 35 Đồ Án Môn Học: Hệ Thống Điều Khiển Trường ĐHSP Kỹ Thuật Vinh Đưa kết quả: Nhận xét: bắt đầu đóng nguồn điện dòng điện bắt đầu tăng dần lên tới 0,5s đạt giá trị cực đại 62A Sau giảm dần ổn định với giá trị dòng điện đặt 59,5A sau 0,8s Độ điền chỉnh là: 4,2% Sai lệch tịnh gần 0: Như sau qua điều chỉnh dòng điện dòng ổn định với dòng điện đặt thời gian điều chỉnh tăng lên 1s không đáng kể so với lúc chưa điều chỉnh Mơ tổng hợp mạch vòng điều khiển tốc độ: Sơ đồ điều khiển tốc độ động cơ: (p) - K - Sơ đồ khối: SV : Nguyễn Minh Tiến Lớp : ĐHK10-ĐK&TĐH GVHD: Nguyễn Thị Ngọc Xuân 36 Đồ Án Môn Học: Hệ Thống Điều Khiển Trường ĐHSP Kỹ Thuật Vinh Đưa kết quả: Nhận xét:khi động bắt đầu khởi động,tốc độ tăng dần lên đạt giá trị cực đại 2310v/ph sau khoảng 0,76s Sau giảm dần vào ổn định với tốc độ đặt 1500v/ph sau khoảng 2,4s Độ điều chỉnh 54% Sai lệch tịnh gàn 0: Ta thấy độ điều chỉnh lớn độ điều chỉnh cho phép 30% ta thay đổi độ điều chỉnh cách tăng tham số a thêm lọc Ở ta tăng tham số a = 16 giá trị a chọn lớn độ điều chỉnh nhỏ hệ kín giảm dao động Khi ta có: = 2,27 = => = 0,74 = Ta kết mơ sau tăng a là: SV : Nguyễn Minh Tiến Lớp : ĐHK10-ĐK&TĐH GVHD: Nguyễn Thị Ngọc Xuân 37 Đồ Án Môn Học: Hệ Thống Điều Khiển Trường ĐHSP Kỹ Thuật Vinh Nhận xét:sau tăng a ta thấy độ điều chỉnh giảm xuống 16,67% tốc độ ổn định với tốc độ đặt nhiên thời gian độ tăng lên 7s Do thời gian độ dài nên ta sử dụng khâu lọc để gảm độ điều chỉnh thời gian độ Khi ta đồ khối mô phỏng: Đưa kết quả: SV : Nguyễn Minh Tiến Lớp : ĐHK10-ĐK&TĐH GVHD: Nguyễn Thị Ngọc Xuân 38 Đồ Án Môn Học: Hệ Thống Điều Khiển Trường ĐHSP Kỹ Thuật Vinh Nhận xét: sau qua lọc đáp ứng hệ thống tốt, độ điều chỉnh 3,33%, sai lệch tĩnh 0: Thời gian độ điều chỉnh giảm đáng kể 2,5s so với tăng a động ổn định tốc độ đặt SV : Nguyễn Minh Tiến Lớp : ĐHK10-ĐK&TĐH GVHD: Nguyễn Thị Ngọc Xuân 39 ... xét động điện chiều máy phát điện chiều ta phân loại theo cách kích thích từ động Từ có bốn loại động điện chiều thường sử dụng là: +) Động điện chiều kích từ độc lập: Phần ứng phần kích từ cung... đông đông điện chiều 1.3 Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập 10 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều 12 2.1 Điều khiển tốc độ động cách thay đổi giá trị điện trở mạch... Học: Hệ Thống Điều Khiển Trường ĐHSP Kỹ Thuật Vinh +) Điều khiển tốc độ động cách thay đổi từ thông Ф +) Điều khiển tốc độ động cách thay đổi giá tri điện áp phần ứng 2.1 Điều khiển tốc độ động
- Xem thêm -

Xem thêm: đồ án thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập, đồ án thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn

Nhận lời giải ngay chưa đến 10 phút Đăng bài tập ngay